Після відкриття основних елементарних частинок, що входять до складу атома, постало питання про їх місцезнаходження, тобто про будову атома. У 1911 р Томсон запропонував свою модель будови атома, яка отримала умовну назву «пудинг з родзинками». Відповідно до цієї моделі атом являє собою якусь субстанцію, в якій рівномірно розподілені протони, нейтрони і електрони. Число протонів дорівнює числу електронів, тому атом в цілому електронейтрален.
У 1913 р Резерфорд ставить досвід, результати якого модель Томсона пояснити не може (рис.). Це змушує Резерфорда запропонувати свою модель будови атома, яка дістала назву планетарної. Відповідно до цієї моделі атом складається з ядра, в якому сконцентрована основна маса атома, оскільки ядро містить протони і нейтрони; навколо ядра на величезній швидкості обертаються електрони. Оскільки модель Резерфорда містила ряд протиріч, Н.Бором були введені постулати, що усувають ці протиріччя.
Мал.
Схема установки в досвіді Резерфорда:
1 - джерело -випромінювання;
2 - золота фольга;
3 - екран з покриттям з сульфіду цинку
1-й постулат. Електрони обертаються навколо ядра не по довільним, а по строго визначеним, стаціонарних орбітах.
2-й постулат. При русі по стаціонарній орбіті електрон не випромінює і не поглинає енергію. Зміна енергії відбувається при переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу.
Але теорія Резерфорда-Бора дає задовільні результати тільки для атома водню. Сучасні уявлення про будову атома підкоряються квантової моделі будови атома. яка враховує хвильові властивості елементарних частинок. Наведемо її основні положення.
Е. Резерфорд
(1871-1937)
• Електрон має двоїсту (корпускулярно-хвильову) природу, тобто поводиться і як частка, і як хвиля. Як частка, електрон має масу і зарядом; як хвиля, він має здатність до дифракції.
Н.Бор
(1885-1962)
• Для електрона неможливо одночасно точно виміряти координату і швидкість.
• Електрон в атомі що рухається по певних траєкторіях, а може перебувати в будь-якій частині околоядерного простору, однак імовірність його перебування в різних частинах цього простору неоднакова. Область простору, де найімовірніше знаходиться електрон, називається орбиталью *.
• Ядра атомів складаються з протонів і нейтронів, що мають загальну назву - нуклони.
Параметри для характеристики атомів
Масове чіслоА - сума чисел протонів і нейтронів атома.
Заряд ядра Z - число протонів, визначається за порядковим номером елемента в таблиці Д. І. Менделєєва. У 1913 р англійським фізиком Г.Мозлі було встановлено, що позитивний заряд ядра атома (в умовних одиницях) дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі Д. І. Менделєєва.
Число нейтроновN визначається як різниця між масовим числом і зарядом ядра (з огляду на, що масоюелектрона можна знехтувати).
Крім ізотопів існують ізобари - атоми різних хімічних елементів, які мають однакові масові числа, і Ізотон - атоми різних хімічних елементів, які мають однакове число нейтронів.
Радіоактивність. ядерні реакції
Радіоактивністю називають мимовільне перетворення нестійкого ізотопу одного хімічного елемента в ізотоп іншого елемента, що супроводжується випусканням елементарних частинок або ядер.
Періодом напіврозпаду (Т1 / 2) називається час, за який розпадається половина початкової кількості радіоактивного ізотопу.
де m0 - початкова маса речовини, mост - маса залишку, t - час процесу, Т1 / 2 - період напіврозпаду.
До основних видів радіоактивного розпаду відносяться:
-розпад (-частинка - ядро атома 4 2 He). При випущенні частинки ядро втрачає два протони і два нейтрони, наприклад:
- розпад (- -частинка - електрон). При випущенні електрона заряд ядра збільшується на 1, а масове число не змінюється, наприклад:
Позитронний (+) розпад (+ -частинка - позитрон, володіє масою електрона і позитивним зарядом). Число протонів в ядрі при позитронному розпаді зменшується на 1, а масове число не змінюється, наприклад:
Електронний захоплення. При захопленні ядром електрона заряд ядра зменшується на 1, а масове число залишається колишнім, наприклад:
Рівняння ядерних реакцій повинні задовольняти правилу рівності сум індексів:
а) сума масових чисел частинок, що вступають в реакцію, дорівнює сумі масових чисел частинок - продуктів реакції;
б) сума зарядів частинок, що вступають в реакцію, і сума зарядів часток, що утворилися - продуктів реакції - рівні між собою.
Тест по темі
«Сучасні уявлення про будову атома»
1. Число протонів в атомі елемента, який знаходиться в четвертому періоді і в головній підгрупі
V групи періодичної системи Д.І.Мендлеева, так само:
а) 75; б) 42; в) 33; г) 23.
2. Ізотопи - це частинки, які мають однакове число:
а) протонів; б) нейтронів;
в) нуклонів; г) електронів.
а) Масове число; б) число протонів;
в) число електронів; г) радіоактивні властивості.
4. Чому дорівнює заряд ядра атома натрію?
а) 0; б) +1; в) +11; г) +23.
5. Чому дорівнює заряд ядра атома азоту?
а) 0; б) +7; в) +14; г) -1.
6. Виберіть атоми, в яких число протонів дорівнює числу нейтронів:
а) 2 H; б) 11 B; в) 16 O; г) 38 K.
7. Скільки протонів і електронів містить нітрит-іон?
8. У результаті серії послідовних радіоактивних розпадів ізотоп 228 88 Ra перетворюється в стійкий ізотоп 208 82 Pb. Скільки - і розпадів включає ця серія ядерних перетворень?
а) 10, 6; б) 10, 5; в) 5, 4; г) 5, 6.
9. У природі існують два стабільних ізотопи водню і три ізотопи кисню. Скільки різних стабільних молекул води існує в природі?
а) 5; б) 6; в 8; г) 9.
10. Число елементів, що утворюють такі речовини: легка вода, важка вода, надважку воду, пероксид водню, кисень, озон, - так само:
а) 6; б) 5; у 3; г) 2.
Завдання на визначення
елементного складу речовини
і виведення формули складного речовини
за відомим елементного складу
1. Обчислити, в якому з оксидів заліза більше масова частка металу.
Відповідь. (Fe) в FeO - 77,8%.
2. Скільки грамів кальцію міститься в 250 г вапняку?
3. Розрахувати масу сірчистого газу, в якій міститься 8 г сірки.
4. Розрахувати масу питної соди, яка містить 30 г вуглецю.
Для FeCO3 масова частка заліза:
Відповідь. FeCO3 не відноситься до багатих руд.
7. Зразок сполуки фосфору і брому масою 81,3 г містить 9,3 г фосфору. Визначити формулу цієї сполуки.
8. Органічне речовина містить 82,76% вуглецю і 17,24% водню; 2,74 г цієї речовини при температурі 37 ° С і тиску 0,5 атм займають об'єм 2,4 л. Визначити молекулярну формулу речовини.
9. Органічне речовина містить 40% вуглецю, 53,3% кисню, 6,7% водню; 15 г цієї речовини при температурі 18 ° С і тиску 610 мм рт. ст. займають обсяг 14,9 л. Визначити молекулярну формулу речовини.
10. Знайти відношення мас елементів в гидроксиде магнію і в пропані.
11. Обчислити масу нітрату срібла, що містить стільки ж срібла, скільки його міститься в 696 г оксиду срібла.
12. Визначити найпростішу формулу речовини, що містить (мол.%) 7,69% срібла, 23,08% азоту, 46,15% водню, 23,08% кисню.
13. У молекулах двох речовин співвідношення чисел атомів С. Н. О = 1. 2. 1. Маса 100 мл парів першого з них при н.у. становить 0,402 м Молекулярна маса у другого речовини в два рази більше, ніж у першого. Визначити речовини.
14. Вивести молекулярну формулу речовини, що має склад (масова частка у відсотках):
а) натрію - 36,51, сірки - 25,39, кисню - 38,1;
б) натрію - 29,11, сірки - 40,51, кисню - 30,38;
в) калію - 26,53, хрому - 35,37, кисню - 38,1;
г) водню - 4,17, кремнію - 29,17, кисню - 66,67;
д) калію - 28,16, хлору - 25,63, кисню - 46,21.
Уявімо шукану формулу у вигляді Nax Sy Oz. Запишемо масові частки елементів (Е) і їх відносні атомні маси Ar (Е) у вигляді таблиці.
Розділимо всі три числа співвідношення на найменше (1,266), отримаємо просте співвідношення: 1. 1: 1,5. Помножимо всі три числа на 2, отримаємо: 2. 2. 3. Звідси формула речовини - Na2 S2 O3.
1. Визначити формулу речовини, що складається з кисню, азоту, фосфору і водню, якщо відомо, що воно містить 48,5% кисню; кількість атомів азоту в ньому в 2 рази більше кількості атомів фосфору, а кількість атомів водню - в 2,25 рази більше кількості атомів кисню. Молярна маса речовини менше 200 г / моль.
2. Невідома сіль містить елемент X, а також водень, азот і кисень в наступному масовому співвідношенні: 12. 5. 14. 48 (в порядку перерахування). Визначити формулу солі.
Відповідь. Гідрокарбонат амонію NH4 HCO3.
3. Написати формулу вуглеводню, в якому маса вуглецю дорівнює масі водню.
4. У порції кристаллогидрата ацетату калію міститься 3,612 • 10 23 атомів вуглецю і 1,084 • 10 24 атомів водню. Встановити формулу кристалогідрату.
* При більш строгому визначенні орбиталь - це функція, яка описувала щільність електронної хмари в кожній точці простору.